Comments 27
Наверное, можно ещё добавить, что многие из парадоксов с массами в адронах возникают из-за конфликта бытового понимания массы с тем, чем она является в физике элементарных частиц. Поскольку в квантовой теории поля число частиц не является сохраняющейся величиной, связывать массу с отдельными частицами смысла большого нет, поэтому массу следует понимать как синоним энергии. С другой стороны, в Стандартной Модели почти с каждой частицой ассоциирован массовый параметр (так называемая "голая масса"), который чётко определён и, сам по себе, является константой. Проблема только в том, что реальная масса с этим параметром связана лишь опосредовано. И если, например, в квантовой электродинамике, реальная масса электрона (которую несложно померить) при низких энергиях/скоростях близка по величине к массовому параметру, то в контексте сильных вазимодействий реальная масса частиц может отличаться от их "голой" массы на порядки.
Поэтому когда физики говорят, например, про массу очарованного кварка, надо понимать, что это не та масса, которую можно измерить (тем более, для одиночного кварка), а это просто некий параметр модели, который по традиции называется "массой". В таком свете, нет ничего удивительного в том, что реальная, измеряемая, масса протона довольно сильно отлчиается от суммы массовых параметров входящих в него кварков.
Если вспомнить теорию относительности, то и к самому термину "реальная масса" возникают вопросы (по крайней мере, у такого дилетанта в физике, как я). Если мы запустим с большой скоростью не один протон, а два или несколько, возрастёт ли их масса по отношению друг к другу? Для простоты предположим, что их скорости одинаковы. Насколько я помню, друг для друга они всё равно останутся "обычными" протонами - но при этом всё их окружение (т.е., сам ускоритель) "начнёт двигаться с огромной скоростью" и, конечно же, дичайше прирастёт в "собственной массе". Взаимодействие с ускорителем будет порождать большой бадабум, а взаимодействие с протонами-соседями будет происходить так же, как и в состоянии условного покоя.
Это корректное представление?
Да, релятивизм добавляет нюансов. Но суть остаётся та же: парадокс изменения массы при переходе от одной системы отсчёта к другой имеет чисто терминологическую природу. При переходе от одной системы отсчёта к другой преобразуется кинетическая энергия (как и в обычной Ньютоновской механике, кстати), поэтому в Вашем примере получаем, что в СО, связанной с одним из протонов, оба протона покоятся (поначалу, потому что другой протон сразу начнёт "убегать" из-за кулоновского отталкивания). В лабораторной СО оба протона двигаются с большой скоростью, следовательно обладают большой кинетической энергией, и при столкновении эта энергия выделится в виде спецэффектов. Так же можно посчитать выделяемую энергию в СО протона, но тогда придётся учитывать кинетическую энергию всех частиц, которые ему попадутся по пути, когда он, например, влетит в стенку. Однако во всех этих случаях, реальная масса протона не меняется и всегда равна (в единицах с = 1) энергии протона в состоянии покоя.
В вопросе массы в релятивистской теории возникло столько путаницы, что Лев Борисович Окунь целую статью в своё время написал на эту тему. Рекомендую почитать, она написана для широкого круга читателей и требует знаний только в рамках школьной программы.
Тор с разогнанными внутри себя протонами будет сильнее притягиваться к Земле?
Сильнее по сравнению с чем? По сравнению с тором с покоящимися протонами? Скажем так, взаимодействие быстро движущихся и покоящихся протонов с гравитационным полем Земли будет отличаться. В правой части гравитационного уравнения Эйнштейна стоит тензор энергии-импульса. Так что даже если у системы вообще нет массы покоя (как, например, у ЭМ излучения), она всё равно будет взаимодействовать гравитационно.
Вот когда в 11 классе писал реферат про гравитацию, то не смог найти ни одного человека, способного объяснить эту тензорную алгебру.
Меня тоже в школе раздражало, когда рассказывали с формулами про специальную теорию относительности, а когда дело доходило до общей, то описание ограничивалось словами в духе "ну а есть ещё ОТО, где примерно то же самое, но для гравитации". Потом, когда я поступил в универ, и мне попалась в руки книжка "Теория поля" от двух малоизвестных авторов (ЛЛ), я открыл её на главе "Частица в гравитационном поле" и до меня начало доходить, почему в школе никто даже приблизительно не вводит в эту тему.
В общем, если Вам дорог рассудок, держитесь подальше от торфя... не бросайтесь на амбразуры и не начинайте изучение ОТО с Ландавшица. Разберитесь для начала в хорошей книге по основам дифференциальной геометрии: "Теорию поля", начиная с главы Х, станет читать намного проще.
Но, вообще, с гравитацией надо быть осторожным, ибо то, что притягивается именно масса — это наивное Ньютоновское представление. Настоящая гравитация влияет на все компоненты тензора энергии-импульса (например, давление жидкости, налитой в сосуд, оказывает свое отдельное гравитационное влияние, хоть и малое), поэтому и отклоняет фотоны нулевой массы.
Масса водорода, антиводорода и протония отличается незначительно
Залип на этой фразе. Первые два - а почему они вообще отличаются? Должно быть строго одинаково. А протоний в 2 раза тяжелее, это такое себе "незначительно".
В статье, скорее всего, молекулы имеются в виду. Так что в каждой молекуле по два протона/антипротона.
Что касается разницы массы между водородом и антиводородом, то это до сих пор активная область исследований. Пока всё сходится со Стандартной Моделью (где массы частиц и анти-частиц не различаются), но эксперименты постоянно проводятся, чтобы исключить всякие экзотические сценарии.
Возможно, в 2 раза - это незначительно по сравнению с разницей в 1000.
результаты которого интерпретировались при помощи машинного обучения
И здесь возникают философские вопросы о допустимости и корректности подобных интерпретаций. "Вот вам чёрный ящик, как он работает - я не понимаю, но я его натренировал показывать нужный мне результат". Ну такое себе.
Ниже в тексте есть пассаж про перебор вариантов - конкретно к полному перебору вариантов, т.е. брутфорсу, претензий у учёных нет. Хотя, конечно, "настоящие математики" кривятся от таких доказательств. Но принимают.
Машинное обучение -- это просто модный термин, который используют, чтобы повысить шансы на публикацию (говорю без осуждения, ибо сами таким страдаем). Формально, линейная или логистическая регрессия -- это тоже машинное обучение.
Посмотрел, что за ML использовали Хуан Рохо и сотоварщии: там, конечно, много всего наворочено. Комбинация Монте-Карло, генетических алгоритмов и нейро-сетей. Метод разрабатывается большой коллаборацией и регулярно обновляется и валидируется на реальных данных.
Формально, линейная или логистическая регрессия -- это тоже машинное обучение.
Эээ или я очень отстал от жизни, или регрессия это всё-таки метод оптимизации. Так же как Монте-Карло или даже генетические алгоритмы. Их, конечно, можно применить и для оптимизации задачи классификации, но не только для неё.
Регрессия -- это одна из задач матстатистики: нахождения функциональной зависимости между случайными переменными. Оптимизация в этом контексте -- лишь один из методов определения функциии с заданной формой, но неизвестными (гипер)параметрами.
В наше время, понятие регрессии обобщили на любую ML модель, которая выдаёт непрерывные перменные в качестве результата. И ML модель уже не должна быть обязательно стохастической; пример: метод опорных векторов. Регрессию можно, в каком-то смысле, противопоставить задаче классификации, где выходом являются дискретные значения. Но на самом деле, некоторые задачи классификации можно свести к регрессии (я недаром упомянул логистическую регрессию).
Про несуществование виртуальных частиц осуждаю: ещё покойный Хокинг его "обосновал" при испарении черных дыр.
Только испарение экспериментально не подтверждено.
Там две теории взаимосвязаны друг с другом - если есть виртуальные частицы - возможно испарение! Но испарение не подтверждено - и такие эксперименты пока за рамками проведения. А вот виртуальные частицы пока не опровергнуты - хотя в экспериментах результаты показывающие их возможное наличие постоянно проводятся. Вот только тут может быть то, что мы просто не правильно толкуем физическое бытие - просто ввели мат. абстракции, которые кое-как сводят теорию и практику воедино (но не на 100% кстати - белых пятен хватает), но не факт, что в природе всё так и работает - может быть там происходят иные процессы - мы их пока не осознали, и пытаемся интерпретировать их через виртуальные частицы - которых может и не быть вовсе - и нам ещё предстоит в будущем постигнуть иную физику данных процессов! В истории физики такое уже бывало - когда одни абстракции заменялись потом более чёткими физически определёнными явлениями!
Масса разогнанного протона возрастает! Очень удивило! Как я понял - речь о массе покоя (а не о кинетической - что и так понятно, что возрастает). И возрастает масса за счёт проявления новых "виртуальных" (и реальных) частиц - как зачарованный кварк+антикварк. Сразу задаюсь вопросом - откуда они в этом случае берутся? И второй вопрос - в чём разница в движении разогнанного в ускорителе протона, и в скорости движения самого ускорителя, вместе с Землей и все галактикой сквозь вселенную? Да, относительные скорости в ускорителе куда больше - чем скорости движения галактик относительно друг друга - но это всё лишь относительные измерения - а какая скорость движения всей вселенной. Вот это мне не понятно вовсе. То есть есть какое-то реальное вселенское движение всей материи - и его скорость не настолько велика, что проявлялись квантовые эффекты и масса менялась? Или всё-таки этот процесс как раз оказывает влияние на наше физику нашего пространства, просто мы пока не научились его замечать и/или правильно интерпретировать?
Сразу напрашивается такая мысль - а не влияет ли именно само пространство (движение через него) на измение массы протона. То есть - можно представить - то вселенная имеет некоторое движение - как движение пространства с какой-то скоростью (куда оно движется и относительно чего измеряется скорость движения - это уже другие вопрос - я вообще склонен считать скорость фундаментальной величиной пространства - но суть не в этом). Тогда наша галактика движется в этом пространстве с не такой уж большой скоростью, чтобы был эффект квантованного изменения массы (а оно квантованное - за счёт квантов образующихся виртуальных частиц). А вот ускоритель - даёт куда более сильную прибавку - там ещё и движение идёт по кругу - т.е. фактически примерно в одном объёме пространства (хотя из-за движения планеты и всей галактики это не совсем так - но тут ещё можно углубляться в вопрос - что есть пространство и как на него влияют все окружающие его объекты, включая звёзды и планеты и прочую материю, и излучаемую энергию).
Тогда хочется сразу выдвинуть гипотезу - а не возникает ли это прирост частиц как раз из-за взаимодействия протона с виртуальными частицами пространства (квантовым супом, или, если кому угодно - с эфиром). Время жизни таких частиц очень мало и чем медленнее скорость движения - тем меньше частиц пространства взаимодействует с кварками протона. Но чем существенно выше его скорость - тем больше частиц квантового супа он захватывает - они попадают в область сильного взаимодействия кварков протона - в связи с чем вероятностные уравнения квантовой хромо динамики сильно усложняются - где и может очень кратковремекнная возникнуть дополнительная масса - но возникать она из-за высокой скорости будет очень часто - это чего в иоге будет наблюдаемы результат при столкновении.
А что до релятивистских эффектов то тут их формулы буду просто зашкварными - ибо эти эффекты буду разнонаправленными и частично друг друга компенсирующими.
Тут ещё надо учесть гравитационные волны - которые распространяются через то же пространство с конечной скоростью - а когда протон начинает двигаться сопоставимой скоростью - то взаимодействие этих волн между частицами на таких скоростях тоже становится весьма специфическим со своими нюансами - а это вообще целая тема для большой исследовательской работы.
И следующий вопрос - вот электрон - он фермион - у него нет внутренних частиц и сильного взаимодействия , но масса есть - как она ведёт себя в сравнении с протоном при разгоне до релятивистских скоростей?
А что с нуклоном?
Мне как-то вот не понятно - из-за чего распадаются атомы, состоящие из физически стабильных частиц. Или не такие уж они стабильные? Вот тот же Позитрониум - почему распадается (или аннигилирует - не пояснено) - Электрон и Позитрон элементарные частицы - распадаться не могут. Электрон же вечен. Позитрон - вот не помню, что с ним и почему если он распадается? А их связка же - электрически сбалансирована - не должны же они самопроизвольно друг на друга падать? Значит тут какие-то ещё эффекты?
Какие-то процессы не электрического взаимодействия друг с другом.
Или внешнее воздействие? В т.ч. трудно фиксируемое - да хоть те же Нейтрино могу провзаимодействовать с одним из компонентов? Или эффекты влияния квантового супа виртуальных частиц пространства?
"Стабильность протона - залог существования вселенной!"
Хороший лозунг получается.) Выбирайте протон.)))
Состав протона может отличаться от базового, если протон обладает избыточной энергией (и, соответственно, массой), а это случается, когда протон движется в ускорителе высоких энергий
Вот мне интересно. Допустим, на столе спокойно стоит стакан воды. Протоны там не разогнанные, очарованных кварков там нет. Но с точки зрения чуваков с туманности Андромеды, навтречу которым мы несёмся на бешеной скорости, протоны в стакане очень разогнанные, и очарованные кварки в них есть. Так они там есть или нет?
Извините за глупый вопрос. Мне просто интересно.
если чуваки с туманности Андромеды возьмут свой измеритель и, сидя у себя в туманности, поводят им в вашем стакане воды - то их прибор покажет, что там есть достаточно очарованных кварков.
(Как долго они смогут это делать на своей скорости и что после этого останется от всего, что окружает эту воду, включая стакан и планету - это уже другой вопрос :) )
Попытка всё опять свести в вопросы относительности наблюдателя и измерений. С точки зрения наблюдателя с Андромеды очарованные кварки будут везде - во всей материи галактики Млечный путь. И вся материя будет тяжелее! С их точки зрения. Но у на Земле это никак не будет проявляться получается. Останется понять какая разница будет в результатах проводимых экспериментах на Земле, и видимых наблюдателями с Андромеды, в части выделения большей энергии (например при столкновении) Будет ли она? На Земле все эксперименты выдают одну энергию? А что - наблюдатели с Андромеды зафиксируют другую энергию? Или не зафиксируют - а релятивистские законы попросту скроют эту разницу?
И если масса всей Земли и всей галетки Млечный путь с точки зрения наблюдателей с Андромеды будет выше из-за того, что она быстро движется (и в протонах "лишние" кварки) - то значит и релятивистские эффекты Земли и Млечного пути будут как от более тяжёлого объекта. То есть по оценкам наблюдаемой материи и её плотности - масса Земли и галактики будет одна - а по факту будет всё тяжелее - по оказываемому гравитационному эффекту?
Уж не тут ли скрывается тайна тёмной материи? Мы (как аналогичные наблюдатели, но уже с Земли) просто неверно оцениваем фактическую видимую массу движущихся объектов во вселенной? От того и не видим тёмную материю - её и нет - вернее она есть - она скрыта внутри протонов видимой материи в качестве этих самых частиц, которые образуются внутри из-за быстрого движения сквозь пространство вселенной?
Но тут я есть, правда, одно три но:
Как я понял - эти частицы - кванты - кварков - значит масса прибавляется поэтапно по определённым энергетическим ступеням скорости движения.
Для получения первого эффекта (первого очарованного кварка и антикварка) и последующего значимого прироста массы нужны очень большие скорости - близкие к скорости света. Но массивные объекты во вселенной не движутся с такими скоростями. Тем более Млечный путь и Андромеда - скорость взаимного сближения около 300 000 м/с (что на 3 порядка ниже скорости света). А общая скорость движения группы галактик около 600 000 м/с. Не те скорости - чтобы проявился хотя бы один очарованный кварк (со статистически наблюдаемой достоверностью)
Масса c-кварка 1,25ГэВ/c2 вмести с ним в протоне будет и анти с-кварк такой же массы. Что увеличивает массу протона почти в 2 раза, но на коротких промежутках времени - что переносит этот процесс вероятностное русло - т.е. все протоны крупного объекта одновременно не будут иметь такую массу (могут - но с незначительной вероятностью в какое-то незначительное мгновение в жизни во вселенной) - и чем крупнее объект - тем это всё становится невероятнее - тогда каков же реальный вклад таких кварков в массу Земли или Галактики? Получается ничтожен?
Значит очарованные кварки не могут влиять на заведомо бОльшую долю массы тёмного вещества во вселенной? Как и не могут влиять на образование c-кварков на Земле, с точки зрения наблюдателей с Андромеды - не те скорости. А массивность объектов не повышает статистику - а наоборот - снижает вероятности (значимого повышения массы в целом).
Но.... это не означает, что во вселенной не происходит иного физического процесса со схожим эффектом - и за тёмной материей и а тёмной энергией не может скрывать что-то, что вот так при обычной физике не проявляется - а при определённых масштабах обретает явный физический эффект, в т.ч. с образованием частиц - которые и оказывают наблюдаемое но скрытое воздействие!
Да, кстати, на окраинах вселенной галактические образования (наблюдаемые сейчас как протогалактики, в т.ч. ранее известные как квазары) уже разогнались до релятивистских скоростей - так что там, как раз их масса уже может и включать какую-то долю прибавки за счёт очарованных кварков. Но мы не в состоянии оценивать эту масса с Земли на данный момент. А позже.... так эти образования ускорятся ещё сильнее до скоростей света - и получения какой-либо информации от них станет попросту невозможным. Если только не придумают что-то типа варп-двигателя - чтобы догнать их не нарушая законов предельных скоростей перемещения в пространстве!
Кварковый конструктор. О протоне, его аддонах и спиноффах